褐藻多酚提取、分離和抗氧化活性的研究進展

袁付紅，趙麗麗，逄錦龍

（青島明月海藻集團有限公司海藻活性物質國家重點實驗室，山東青島266400）

近年來，海藻活性物質的開發和高值化應用掀起了研究熱潮。褐藻是具有巨大應用潛力的經濟海藻，資源豐富。褐藻中富含海藻多糖、蛋白質、多酚類、萜類、巖藻黃素、氨基酸、甘露醇、激素等活性物質。褐藻多酚是一類多羥基酚類化合物，也被認為是間苯三酚的衍生物，結構復雜。按照聚合度的不同，褐藻多酚可以分為小分子量褐藻多酚和高分子量褐藻多酚。小分子量褐藻多酚根據聚合方式不同，可以大致分為6 類（fucols，phlorethol，fucophloretols，fuhalols，eckols，halogenatedphlorotannins）[1-2]。理論上，高分子量褐藻多酚可以認為是由低分子量褐藻多酚進一步聚合而成，但由于分子量大時，更容易氧化，所以高分子量褐藻多酚的結構解析目前尚未有定論[3]。褐藻多酚是一種天然的抗氧化劑，未來將在海洋藥物、功能食品和日化領域得到廣泛應用。

1 提取方法

近年來，關于褐藻多酚提取工藝的研究增多，除了最經典的溶劑提取法外，還有超聲提取、微波提取法、超臨界提取法、酶解法、微生物法和超臨界萃取法等多種提取方法。研究方向主要集中在提取工藝優化方面。

1.1 溶劑提取法

溶劑提取法是利用溶解度差異，通過選擇合適的溶劑獲得目標物質的方法。試驗中主要以褐藻多酚提取率為優化指標，通過優化工藝參數，提高收率。曲詞[4]研究發現影響海黍子多酚得率的因素依次為：溫度＞乙醇濃度＞提取時間＞料液比，提出最佳提取條件為70 ℃、乙醇濃度 50%、提取時間 8 h、料液比 1∶25（g/mL），此時總酚含量為5.955（mg 沒食子酸當量（gallic acid equivalent，GAE）/g 干海藻）。何傳輝等[5]優化了羊棲菜多酚的提取工藝，研究羊棲菜多酚的最佳提取條件為25%乙醇、提取時間 3 h、料液比 30∶1（m/v）、提取溫度40 ℃時，多酚提取率達7.91 （mg GAE/g 干海藻）。Cahyaningrum 等[6]采用96%乙醇提取馬尾藻多酚，提取物中總酚含量為（1.18±0.67）（mg GAE/g 干海藻）。許亞如[7]采用70 %乙醇提取銅藻多酚，總酚含量為3 698.617（μg GAE/g 干海藻）。Iwai[8]比較純水和甲醇對提取昆布多酚的影響，結果表明采用甲醇提取時粗提物產率較低，但總酚含量在粗提物中約占30%，是采用水提取時的3.8 倍。Zahra 等[9]比較開水浸提和乙醇37 ℃浸提對馬尾藻多酚收率的影響，測得總酚含量分別為 17（mg 兒茶酸/g 干海藻）和 0.9（mg 兒茶酸/g 干海藻）。欒莎[10]采用50%乙醇提取萱藻多酚，測得總酚含量為6.006（mg GAE/g 干海藻）。由此可見，乙醇水溶液是褐藻多酚提取研究中應用較多的溶劑，此外甲醇、丙酮、環己烷、乙醚也有少量研究者采用[11-14]。

1.2 超聲波輔助提取法

超聲波在介質中產生的空化現象能促使植物細胞組織的破碎、細胞壁的破壁或變形，產生的振動作用會加強細胞內物質的釋放、擴散和溶解，使得提取更充分，一般提取率較溶劑提取法會顯著升高。史建鑫[15]研究了超聲輔助提取昆布多酚的工藝，發現當乙醇濃度 30%、料液比 40∶1（g/mL）、超聲時間 32 min、超聲溫度35 ℃時，多酚提取率達4.485（mg GAE/5 g 干海藻），相比溶劑提取法（提取率為2.966 mg/5 g）提取率明顯提高。Agregán 等[16]采用超聲輔助提取法比較泡葉藻、墨角藻和角叉藻的多酚提取率，發現角叉藻的多酚提取率最高，為5.74（g 間苯三酚/100 g 干海藻）。超聲提取法憑借其高效、節能的特點，已被廣泛用于褐藻多酚的提取研究中。

1.3 微波輔助提取法

微波輻照是高頻電磁波穿過提取介質進入植物細胞的過程，微波作用下細胞中某些成分與基體分離，同時細胞吸收能量后由于溫度急劇上升而破裂，細胞液中的成分流出并擴散至介質中[17]。微波提取法選擇性較好，且節能、省時，被譽為“綠色提取工藝”。史建鑫[15]采用微波輔助提取法提取昆布多酚，研究得到最佳提取工藝為乙醇濃度 30%、料液比 35∶1（g/mL）、微波功率450 W、微波時間100 s，隨后70 ℃浸提30 min，此時多酚提取率達8.952（mg GAE/5 g 干海藻），相比超聲提取法4.485（mg GAE/5 g 干海藻），提取率顯著提高。王君虹等[18]采用微波輔助提取羊棲菜多酚，優化得到最佳提取工藝條件為80%乙醇、微波功率600 W、溫度 70 ℃、料液比 1∶10（g/mL）、浸提時間 4 min，此時提取率達2.33%。

1.4 酶解法

酶解法中酶使細胞壁破裂，內容物溶出率增加，收率提高。酶解法具有作用條件溫和、專一性較強的優點。劉楠等[19]研究纖維素酶和中性蛋白酶輔助提取羊棲菜多酚的工藝，將羊棲菜先進行酶解提取，再乙醇溶液浸提，優化工藝后多酚提取量為9.31（mg GAE/g干海藻）。曾帥[20]比較乙醇浸提和酶解法輔助提取羊棲菜多酚的效果，其中酶解法輔助提取是指先采用纖維素酶和中性蛋白酶提取，之后再用乙醇浸提。研究得到最優化提取條件為復合酶質量比20∶1、酶解pH 5.5、酶解溫度50 ℃、酶解時間45 min，此時羊棲菜多酚的提取量能達到9.26（mg GAE/g 干海藻），相比單純用乙醇浸提，提取率為8.26（mg GAE/g 干海藻）提取率有所提高。

1.5 微生物發酵法

微生物發酵法利用微生物或酶將細胞壁降解，使細胞液中的物質釋放、溶解到提取液中，從而增加產率與速度。Eom 等[21]先用水提取獲得艾森藻提取物，然后向提取物溶液中分別加入不同酵母菌種比較菌種及發酵時間對多酚含量的影響，結果發現當使用Yeast YM-1 菌種發酵1 d 時，總酚含量最高，同比不加菌種時的36.11（mg 間苯三酚/g 海藻提取物）升至47.51（mg間苯三酚/g 海藻提取物）。

1.6 超臨界萃取法

超臨界萃取法是海藻活性物質提取研究中比較新型的提取技術，該法的萃取劑主要是二氧化碳，利用溫度和壓力對超臨界二氧化碳溶解能力的影響進行。Klejdus 等[22]采用超臨界萃取法提取螺旋藻中的酚類物質，研究發現通過工藝優化可以提取到痕量酚類物質，大大提高收率，且無溶劑殘留。Roh 等[23]采用二氧化碳和乙醇二元溶劑，研究了裙帶菜多酚的提取工藝，當溫度為333 K、壓力為250 bar 時多酚提取率最高，最高時可達800 μg/g 左右。

2 分離方法

目前，褐藻多酚常用的分離純化方法有溶劑萃取法、樹脂分離法、凝膠層析法、色譜法和膜分離法。

2.1 溶劑萃取法

溶劑萃取法是指利用多酚及雜質在水相和有機相中的溶解度差異將其分離開來的一種方法。溶劑萃取法通常應用在含雜質較多的初步分離過程中。一般在溶劑萃取操作前，可以首先通過常溫或低溫靜置，沉淀出一些固形物，或是通過加入大量有機試劑沉淀出不溶物，去除掉糖類、蛋白質等物質。曲詞[4]比較石油醚、乙醚、氯仿和乙酸乙酯作為萃取劑時對水相海黍子多酚含量的影響，結果表明經萃取后，多酚含量均有所提升，其中乙醚-氯仿混合萃取劑的除雜效果最好，多酚含量最高，可達到3.62（mg GAE/g 干海藻）。盧虹玉等[24-25]采用正己烷和三氯甲烷洗滌莫氏馬尾藻和全緣馬尾藻粗提液。李亞嫻[26]采用乙酸乙酯、石油醚和正丁醇分別等量萃取羊棲菜多酚粗提液，并比較水相和有機相中多酚含量差異，結果表明酚類多存在于水相中，有機相中含量很少，且隨萃取劑極性的增大，有機相中酚含量增多。采用分級萃取法即對羊棲菜多酚粗提液先用乙酸乙酯萃取，分離后再用正丁醇萃取，并比較乙酸乙酯、正丁醇、水相中多酚純度，發現純度依序為乙酸乙酯相＞正丁醇相＞水相。

2.2 樹脂分離法

大孔吸附樹脂為吸附性和篩選性原理相結合的分離材料，有機化合物根據吸附力的不同和分子量的大小，經一定溶劑洗脫達到分離提純的目的。李亞嫻[26]采用ADS-21 樹脂對經乙酸乙酯萃取后的羊棲菜提取液進一步純化。曾帥[20]考察了 AB-8、DA-201、D141 及HP-20 4 種樹脂對羊棲菜多酚提取液的分離純化效果，發現AB-8 樹脂的吸附率和解析率最高，最終采用AB-8 樹脂對羊棲菜多酚進行純化，經純化后羊棲菜多酚純度達到62.15%。張麗斌[27]研究發現采用XDA-7 樹脂分離羊棲菜多酚時，多酚純度能達到61.86%。Kim 等[28]比較了 HP-20，SP-850，XAD-7HP 和 XAD-2，4 種大孔樹脂對腔昆布多酚純化的影響，結果表明HP-20 具有較強的吸附脫附能力，經樹脂純化后，總酚含量由452（mg 間苯三酚當量（phloroglucinol equivalents，PGE）/g）上升到 905（mg PGE/g）。Haider 等[29]優化了柱色譜對馬尾藻多酚分離純化的影響，比較大孔樹脂、硅膠柱和聚乙烯聚吡咯烷酮柱對分離純化的影響，結果表明大孔樹脂的效果最好，通過進一步優化動態吸附脫附條件，多酚粗提取物中多酚純度達62.43%。

2.3 凝膠層析法

凝膠層析法是指混合物隨流動相經過凝膠層析柱時，其中各組分依照分子大小不同而被分離的技術。曲詞[4]采用Sephadex LH-20 凝膠柱將海黍子多酚的中一種組分進一步分開得到2 種組分，而另一組分沒有得到進一步分離，3 種組分多酚含量分別為4.57、5.28、6.61 mg/g。

2.4 色譜法

色譜法利用各組分對流動相和固定相親和能力不同，使在流動相流過固定相過程中，連續的產生吸附與解吸，從而達到各組分互相分離的目的[30]。符曉杰等[31]采用waters 600e 液相色譜對海帶多酚進行分析，共分離得到9 種組分。許亞如等[7]采用ODS（YMC S-50 μm，12 nm）色譜柱，依次用不同濃度的甲醇-水溶液將粗提物洗脫分離為不同極性部位組分。Kang 等[32]采用ODS 柱分離羊棲菜多酚，發現羊棲菜多酚是一種多酚混合物，分子質量在10 000 Da～400 000 Da；依次采用硅膠柱、高效液相色譜分離昆布多酚，發現昆布多酚為二昆布酚類的物質。Agatonovic-Kustrin 等[33-34]采用高效薄層色譜分離16 個海藻品種的提取物成分，提取物中含有1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-dipheny1-2-picryl-hydrazyl，DPPH）自由基清除能力和鐵離子還原能力均較強的酚類物質。他還分別采用乙醇和乙酸乙酯提取馬尾藻、粉團扇藻、小團扇藻和網地藻多酚，結合生物自顯影法的薄層色譜分離并可視化提取物組分，采用DPPH 自由基衍生和三氯化鐵衍生法考察各組分的清除DPPH 自由基活性和抗氧化活性。

2.5 膜分離法

膜是具有選擇性分離功能的材料，膜分離是利用膜的選擇透過性實現料液不同組分的分離、純化[35]。顧麗霞等[36]采用不同分子質量的超濾膜包將水相和乙酸乙酯相中的羊棲菜多酚各分離成4 種不同分子量的組分。盧虹玉等[24，25]采用超濾膜包對莫氏馬尾藻多酚提取物進行處理，將水相和乙酸乙酯相各分為大于10 kD和小于10 kD 分子量的兩種組分：水相＞10 kD，水相＜10 kD，乙酸乙酯相＞10 kD 和乙酸乙酯相＜10 kD 的提取餾分分別記為 W1，W2，EA1 和 EA2，總酚含量相應為 1.672、1.319、0.096、0.143（mg GAE/g 干海藻）。對全緣馬尾藻多酚提取物做類似處理后，W1，W2，EA1 和EA2 分別為 1.16、0.6、0.25、0.34（mg GAE/g 干海藻）。

3 抗氧化活性評價

褐藻多酚清除自由基的機制源于結構中含有豐富的酚羥基，可以作為供氫體或供電子體。抗氧化機理一般認為存在2 種途徑，一是褐藻多酚作為供氫體與自由基作用，有效清除活性較高的自由基，生成活性較低的多酚自由基，終止原本的氧化鏈式反應，避免有害的過氧化物產生。二是作為供電子體，能夠與起催化作用的金屬離子如Fe3+、Cu2+作用，形成穩定的絡合物，從而抑制和延緩氧化[37-38]。

抗氧化活性研究分為體內和體外試驗2 種，目前，褐藻多酚的抗氧化研究基本上都是體外試驗，體外抗氧化活性評價指標主要有清除自由基能力和抗氧化能力。其中清除自由基能力主要涵蓋DPPH 自由基清除能力、羥基自由基清除能力、超氧陰離子自由基清除能力、氧化自由基清除能力、ABTS+自由基清除能力、單線態氧清除能力。抗氧化能力主要涵蓋鐵離子還原能力、抑制亞油酸過氧化能力、抗脂質過氧化能力、磷鉬絡合物法評價抗氧化能力。

3.1 DPPH自由基清除能力

DPPH 自由基的乙醇溶液顯紫色，在517 nm 處有吸收。當有自由基清除劑存在時，會與之發生反應，變為黃色，根據517 nm 處吸光度值的變化可以計算得到清除率。

3.2 羥基自由基清除能力

羥基自由基在530 nm 處有紫外吸收，當與抗氧化劑作用時，羥基會被清除，從而吸光度降低，通過測定530 nm 處吸光度值的變化可以計算得到清除率。

3.3 超氧陰離子自由基清除能力

超氧陰離子（O2-）與特定化合物作用會產生光譜吸收，抗氧化物質與O2-作用使得吸收減弱，以此評價物質的清除O2-能力。

3.4 氧化自由基清除能力（oxygen radical absorbance capacity，ORAC）

ORAC 法是根據自由基會破壞熒光探針，當抗氧化物存在時，抗氧化物質會與自由基作用，抑制熒光變化，以熒光強度變化反映自由基的數量。

3.5 2，2’-連氮基-雙-（3-乙基苯并二氫噻唑啉-6-磺酸）（2，2'-azino-bis（3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid），ABTS）自由基清除能力

ABTS+在氧化劑作用下生成綠色的ABTS+自由基，當抗氧化物存在時，ABTS+自由基的產生受抑制，通過測定在405 nm 處的吸光度變化來評價ABTS+自由基清除能力。

3.6 單線態氧清除能力

單線態氧是由光敏劑將基態氧激發產生的，單線態氧能與發光試劑作用而發光，通過測定發光強度變化來評價清除單線態氧能力。

3.7 鐵離子還原能力（ferric reducing antioxidant power，FRAP）

Fe3+-三吡啶三嗪（ferric-tripyridyltriazine，Fe3+-TPTZ）試劑與抗氧化物作用生成藍色的Fe2+-TPTZ，通過在593 nm 處測定吸光度變化獲得樣品的總抗氧化能力。

3.8 抑制亞油酸過氧化能力

亞油酸過氧化的產物有毒，可能會產生致癌、致畸作用。抑制亞油酸過氧化能力是衡量物質抗氧化能力的一個重要指標，一般通過底物的消耗或氧化產物的生成來評價氧化的程度。

3.9 抗脂質過氧化能力（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）

活性氧與生物膜的磷脂、酶和膜受體相關的多不飽和脂肪酸及核酸等大分子物質發生脂質過氧化反應，生成丙二醛（malonaldehyde，MDA）、4-羥基壬烯酸等，使細胞膜流動性和通透性改變，最終使細胞結構和功能發生改變。MDA 含量是衡量脂質過氧化程度的重要指標，硫代巴比妥酸（2-thiobarbituric acid，TBA）可與MDA 反應生成紅色物質，在532 nm 處有最大吸收，通過比色法可以得到多酚的抗脂質過氧化能力。

3.10 磷鉬絡合物法

磷鉬試劑與抗氧化物質作用生成磷鉬藍絡合物，藍色的深淺代表抗氧化物的抗氧化能力的大小。

劉曉麗等[37]研究發現海帶多酚對DPPH 自由基、羥基自由基和超氧陰離子自由基都有較強的清除活性。并且，羥基自由基清除能力顯著高于茶多酚和L-抗壞血酸，DPPH 自由基清除能力與茶多酚相當，抑制亞油酸過氧化能力顯著高于茶多酚和α-生育酚。曲詞[4]發現海黍子多酚的DPPH 自由基、羥基自由基和超氧陰離子自由基的清除能力以及還原能力均隨濃度的增大而升高，其中一種組分的DPPH 自由基清除能力可達91.92%，羥基自由基的清除能力可達81.37%，海黍子多酚的超氧化陰離子自由基清除能力和還原能力與VC相當。各組分ORAC 值差異較大，最大時能達到VC的3.9 倍。史建鑫[15]發現昆布多酚的DPPH 自由基和羥基自由基清除能力高于VC低于茶多酚，超氧陰離子清除能力高于茶多酚低于VC。曾帥[20]發現純化后的羊棲菜多酚的總抗氧化能力和DPPH 自由基清除能力均高于VC和VE。Kang 等[32]研究羊棲菜多酚和昆布多酚的抗氧化性能，結果表明羊棲菜多酚和昆布多酚均具有較強的DPPH 自由基清除能力和鐵離子還原能力，其抗氧化性能均高于常見的抗氧化劑如兒茶酸、VE、丁基羥基茴香醚（butylated hydroxyanisole，BHA）和BHT（butylated hydroxytoluene，BHT）。另外，喇叭藻多酚、馬尾藻多酚和萱藻多酚均被發現具有較強的抗氧化活性[6，10，39]。

4 抗氧化活性影響因素

4.1 與多酚含量有關

褐藻多酚抗氧化活性與多酚含量有關，當其他條件相同時，在一定濃度范圍內，隨著多酚濃度的增大，抗氧化活性增強[40-41]。

4.2 與藻種類有關

Agregán 等[16]比較泡葉藻、墨角藻和雙叉藻的抗氧化活性，結果表明雙叉藻具有較強的氧化自由基清除能力、DPPH 自由基清除能力和鐵離子還原能力。許亞如等[7]研究多種海藻提取物的抗氧化活性，發現多酚含量由大到小依次為F 藻＞泡葉藻＞銅藻＞樹皮藻＞面條藻＞N 藻，其中 F 藻多酚含量為 808.53（mg/100 g 干海藻）；比較不同藻類提取物的DPPH 自由基清除能力，由大到小依次為銅藻＞F 藻＞面條藻＞樹皮藻＞N 藻＞泡葉藻；不同藻類提取物的ABTS+自由基清除率由大到小依次為銅藻＞F 藻＞面條藻＞樹皮藻＞泡葉藻＞N 藻；單線態氧清除能力以泡葉藻最為顯著；不同藻類提取物的FRAP 值由大到小依次為銅藻＞泡葉藻＞面條藻＞樹皮藻＞N 藻＞F 藻；銅藻和面條藻的 ORAC 較高，氧化自由基清除能力較強。欒莎[10]比較萱藻、孔石莼、緣管滸苔、鼠尾藻、海帶、裙帶菜和紫菜提取物的抗氧化能力，結果表明不同種類海藻提取物的清除羥基自由基能力、清除超氧陰離子能力、鐵還原能力、抗脂質過氧化能力大不相同。

4.3 與組織結構有關

許亞如等[7]發現羊棲菜氣囊中的多酚含量高于莖中的和整個粗提物的，通過進一步研究表明褐藻多酚的分布并沒有組織結構差異，推測是由于氣囊比表面積大的緣故。

4.4 與多酚極性有關

Rajauria 等[38]研究了20%～80%甲醇水溶液作為提取劑時對伸長海條藻多酚抗氧化活性的影響，結果表明60%甲醇溶液萃取得到的伸長海條藻多酚具有最強的還原能力、清除DPPH 自由基能力、抗脂質過氧化能力。楊小青等[42]發現在分子量相同的前提下，乙酸乙酯相中的羊棲菜多酚的抗氧化能力強于水相的。EI-Aty 等[43]比較甲醇、丙酮和水3 種不同極性溶劑作提取劑時，對阿氏顫藻和魚腥藻多酚含量和抗氧化活性的影響，結果表明阿氏顫藻甲醇提取液的多酚含量最高且抗氧化性最強。欒莎[10]發現不同比例的水-乙醇溶劑獲得的萱藻多酚提取物清除羥基自由基、超氧陰離子、DPPH 自由基清除能力、鐵還原性、抗脂質過氧化能力不同，這可能與溶劑不同時，提取出的生物活性物質不同，加上可能有交互作用影響，導致其抗氧化活性有所差別。

4.5 與分子量大小有關

盧虹玉等[24-25]在莫氏馬尾藻多酚和全緣馬尾藻多酚抗氧化能力研究中，發現大分子餾分抗氧化能力優于小分子餾分。楊小青等[42]發現水相和乙酸乙酯相中羊棲菜多酚含量隨分子量的降低而降低，表明羊棲菜多酚主要以高分子形式存在；乙酸乙酯相中高分子量羊棲菜多酚的綜合抗氧化活性最好，這可能由于高分子量多酚所帶的酚羥基數量更多的原因。

4.6 與藻干燥方式有關

Dang 等[44]研究了6 種干燥方式對喇叭藻提取物總酚含量和抗氧化活性的影響，結果表明總酚含量在凍干、去濕度和真空干燥時數值明顯較高，抗氧化能力較強。而日曬、微波和烘干則由于電磁波輻射、高溫或空氣氧化原因使得多酚易于降解。試驗發現采用凍干方式時多酚含量最高為21.11（mg GAE/g 干海藻），鐵還原能力、清除DPPH 自由基和清除ABTS+自由基能力最強。

5 展望

褐藻多酚具有較強的抗氧化能力，其抗氧化能力相當或優于兒茶酸、VC、VE、BHA 和 BHT，是一種天然的抗氧化劑。目前，褐藻多酚抗氧化研究主要集中在提取分離工藝優化和抗氧化活性評價方面，關于改性方面的研究較少，還有待進一步研究。褐藻多酚尚未工業化生產，尋找適合工業化生產的提取分離技術，有選擇的定向利用褐藻多酚，是未來褐藻多酚產業化面臨的重大難題。另一方面，隨著對褐藻多酚結構解析的深入，化學合成法或將成為褐藻多酚工業化生產的一條有效路徑。